Wir basteln uns einen sechsten Sinn: Einen Feelspace Belt mit Arduino bauen und programmieren (Teil 1)

Wer kennt das nicht? Mal wieder zu viele Comics gelesen, da träumt man davon, Superkräfte zu haben. Zum Beispiel Spider-Mans Spinnensinn oder das Supergehör von Daredevil. Noch besser wären natürlich telepathische Fähigkeiten wie Professor X, aber begnügen wir uns doch erst einmal mit dem, was machbar ist: Ein sechster Sinn für 30€. Klingt gut? Folgt mir ins Labor!

Vibrier mir das Lied vom Wal, Baby!

Vor über zehn Jahren stolperte ich im Internet über ein Paper, in dem Wissenschaftler den Feelspace Belt vorstellten. Das Konzept war simpel, die Ergebnisse erstaunlich. Das Gerät wurde, wie der Name schon sagt, wie ein Gürtel getragen und enthielt mehrere Vibratoren, die immer dort vibrierten, wo sich gerade Norden befand. Spannenderweise berichteten Probanden, dass sich ihre Orientierungsfähigkeit in fremdem Gelände durch das Tragen des Gürtels deutlich verbesserte. Nach einigen Wochen konnten sie auch ohne das Tragen des Gürtels zuverlässig sagen, in welche Richtung gerade Norden liegt.

Neulich erinnerte ich mich daran und dachte mir: „So ein sechster Sinn für das Erdmagnetfeld, das ist schon praktisch, dann kann ich bald wie ein Wal stranden.“ Das ursprüngliche Paper habe ich nicht wieder gefunden, allerdings scheint der Feelspace Belt bald auch kommerziell vertrieben zu werden, mit allerlei Zusatzfunktionen, z.B. zur Navigation: www.feelspace.de

Da ich allerdings wenig Lust hatte, über 800€ für ein Gerät zu bezahlen, das ich für um die 30€ selbst zusammen bauen und programmieren kann, habe ich damit jetzt einfach einmal angefangen. Mir ist mein innerer Daniel Düsentrieb tatsächlich wertvoller als eine schwarze American Express.

Die Hardware

 

Als Hauptplatine verwende ich zunächst einen Elegoo Uno R3. Absolut baugleich zum Arduino, aber deutlich günstiger. Genau genommen ist ein Elegoo Uno R3 auch nicht die günstigste Alternative: Deutlich leistungsstärker, kleiner und mit WLAN (das wir nicht brauchen) ausgestattet wäre ein ESP8266 NodeMCU TE689. Den würde ich auch empfehlen und auf den werde ich den Code und die Schaltung auch portieren. Ich habe ihn für ungefähr 3,50€ bei Amazon im Mehrpack bekommen. Da der TE689 erst recht absolut Overkill ist, gucke ich irgendwann mal nach der minimalsten Hardware, auf der man die Schaltung und Programmierung realisieren kann. Der Uno R3 wird erst einmal für den Prototypen verwendet, um einfacher stecken zu können und da die meisten einen Arduino Uno R3 zuhause haben. Außerdem habe ich für den TE689 momentan kein passendes Breadboard zum Prototypenbau.

Möchte man mehrere Motoren unabhängig voneinander ansteuern können, bekommt man bald ein Anschlussproblem. Hierfür gibt es eine einfache Lösung: ein 4auf16-Multiplexer Breakout Board. Bekommt man ab 1,50€ bei eBay, dann kommen aber die Versandkosten hinzu, habe im Mehrpack 2,22€ bezahlt. Ein Multiplexer ermöglicht einem, mehrere Ausgänge über die selben Anschlüsse auf dem Board anzusteuern. Die Wahl fiel auf das CD74HC4067 TE669 Modul. Hat keine Gründe – hat ein Freund ausgesucht.

Die Daten, die wir brauchen, werden natürlich über einen geeigneten Sensor erfasst. Ich danke der metaphysischen Entität Ihrer Wahl für Hong Kong, China und die praktische Alles-Bestellbarkeit jedes noch so speziellen Elektronikbauteils, wobei sich Kompass/Gyroskopmodule natürlich durch die hohe Nachfrage für Mobiltelefone und Robotik erklären lassen. Für läppische 3,42€ habe ich also ein GY-271 HMC5883L Kompassmodul bestellt.

Nun war nur noch die Frage nach den Motoren zu klären. Vibrationsmotoren für Handys bekommt man in jeder Größe, Form und Stärke nachgeschmissen, trotzdem sind sie aufgrund der Stückzahl der größte Kostenfaktor in der ganzen Geschichte. Also 20 Micromotoren mit 10mm Durchmesser bestellt, 5 Stück zu 3,40€. Verbaut werden 16 (maximale Anzahl der Multiplexerausgänge), ich denke, die sensorische Auflösung in 16 Felder dürfte reichen. Die Dinger, die ich bestellt habe, sind auf 3,3 Volt schon recht kräftig, auf 5 Volt vibriert der Tisch mit. Warm werden sie auf 5 Volt, eventuell wird Intervallbetrieb nötig, da sie auf 4,5V ausgelegt sind, aber ich habe keine Lust, die Schaltung unnötig kompliziert zu machen. Wie sie sich in der Praxis bewähren, muss man sehen. Da sie auch mit einer Klebefläche versehen sind, macht das die Montage auch einfacher. Dann braucht man keine Heißklebepistole. Obwohl ich Heißklebepistolen liebe.

In der Gesamtschau also:

1 x NodeMCU ESP8266 TE689: 4,99€
1 x CD74HC4067 TE669 Multiplexer: 2,22€
1 x GY-271 HMC5883L Kompassmodul: 3,42€
16 x Microvibrationsmotoren: 0.68 x 16 = 10,88€

Summe: 21.51€

Von mir aus rechnen wir noch einen billigen Gürtel, Draht und Lötzinn dazu, dann kommen wir auf maximal 30€. Sollte die sensorische Auflösung in 16 Felder nicht reichen, müsste man ggf. noch einmal mit einem weiteren Multiplexer nachrüsten und den Code umbauen. Das kann ich mir aber ehrlich gesagt kaum vorstellen. Mir hätten schon 12 gereicht.

Über die Stromversorgung beim Tragen mache ich mir Gedanken, wenn der Prototyp fertig ist, aber auch daran wird der 9V-Block das Teuerste sein. Aufgrund der WiFi-Anbindung des ESP8266 ergeben sich viele Möglichkeiten, ein Board mit Bluetooth könnte auch bequem an Mobiltelefone verbunden werden, um wie bei der kommerziellen Version beispielsweise Navigation zu ermöglichen.

Die Schaltung

Man nagele mich bitte noch nicht darauf fest, ich muss sehen, inwiefern das in der Programmierung so hinhaut, wie ich es mir vorstelle. Hier aber vorab der mit Fritzing erstellte Bauplan, der sich natürlich nach Prototypenbau noch deutlich verändern wird.

Bitte keine Kritik an der Hässlichkeit, ich habe leider keinen Bachelor in Schaltplandesign. Der Aufbau sollte aber klar werden: Die 16 Motoren bekommen 5V über den Multiplexer zugeschaltet und vibrieren dann, alle müssen natürlich auch über GND an einen Minuspol angeschlossen sein. Der Multiplexer wird über vier Signale gesteuert, macht qua Kombinatorik die 16 Ausgänge. Das Kompassmodul wird ganz normal an VCC und GND angeschlossen, zwei Pins liefern über analogen Anschluss gyroskopische Daten.

Mit den Bauteilen im Einzelnen und der Programmierung beschäftigen wir uns im nächsten Teil.

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